פרוטוקול זה מדגים ניסויים להזרקת מים עם ספירות נפילה חופשית. הסירוגין של משטחים נוזליים עם בדים שחדרו, הכנת כימיקלים בתחומים מתעוררים, הדמיה התזה, והפקת נתונים נדונים. טכניקות אלה מספקות תובנה על מחקר דינמיקת נוזלים בסיסית המיועד להבנת אינטראקציות בין-גזעיות בין עצמים מוצקים לגופים נוזליים.
הדגמת ההליך יהיו ג'ושוע בום וג'רמי סטיבן, סטודנטים לתואר ראשון מאלברטה. ללבוש כפפות ניטריל כיתה תעשייתית לאורך כל הליך זה, כדי למנוע זיהום המים ומשפיעים עם שמני עור. כדי להתחיל לנקות ביסודיות מיכל שקוף עם מי ברז וחומר ניקוי.
ואז למלא אותו עם 32 ליטר של מי ברז. נקו שני שליטים מטריים עם 99% אלכוהול איזופופול ותנו להם להתייבש לדקה אחת. הר סרגל אחד מול החלק הקדמי של הטנק עם הבסיס רק נוגע במים.
תקן את הסרגל השני אנכית מתחת למים. לאחר מכן אבטחו פלטפורמה תלויה מעל הטנק כך שהפלטפורמה נמצאת באותו מישור עומק כמו שליט המים הנ"ל ביחס לחזית המיכל. כוונן את הפלטפורמה לגובה הירידה הרצוי המרבי ולאחר מכן חיבר אור LED מרובה לזרוע רהוטה והצב את האור מעל וחזית המיכל כדי להאיר באופן מלא את אזור ההתזה מתחת לרציף.
הגדר מסך שחור בחלק האחורי של המיכל כדי לסייע בהדמיית התזה וחלל. הניחו בולם זעזועים נקי ללא שמן כגון ספוג תא סגור בתחתית המיכל והחזיקו אותו במקום עם משקולות נקיות. לאחר מכן, הר מצלמה במהירות גבוהה מול המיכל בהתאם לפני השטח של הנוזל.
חבר מתג גורם מפעיל למצלמה אם תרצה בכך. חבר את המצלמה למחשב וקבע את תצורת המצלמה לקצב מסגרות של 1,000 מסגרות שניה לפחות. בחר את הרזולוציה הרצויה והגדר את מהירות התריס לשנייה ממוסגרת אחת.
אם ישים הגדר את מצב הגורם המפעיל לסיום. לאחר מכן, לנקות כדורים מתנול סקופ קטן פוליאוקסיד עם 99% אלכוהול isopropyl כדי להסיר שמני עור וזהמים אחרים. אפשר לכדורים ולסקופ להתייבש למשך דקה אחת.
קדם-ביצוע של ניסויי בדיקה והתאמת מיקום המצלמה, המיקוד והרזולוציה כדי להשיג את איכות ההדמיה האופטימלית לאירוע הפתיחה. לאחר מכן לאחזר את הכדורים עם כף ולנקות את הכדורים ואת כף מדידה עם אלכוהול isopropyl. כאשר מוכן להתחיל את הניסוי להתחיל לצלם את הטנק.
הרם את פלטפורמת הציר למקומה והנוח כדור יבש ונקי על הרציף. שחרר את בסיס הרציף כדי להפיל את הכדור לתוך הטנק. לאחר מכן הפסיקו לצלם, שמרו את קובץ הווידאו וקיצצו את הסרטון כדי להציג רק את אירוע הפתיחה.
כאשר מוכן להמשיך למבחן הבא לאחזר את הכדור עם הסקופ. נקה את הכדור עם אלכוהול isopropyl ולתת לו להתייבש במשך דקה אחת לפני החזרה על הבדיקה. כשהניסוי יסתיים, רוקנו את המיכל ותנו לו להתייבש.
כדי להכין בדים חודרים למבחן להפריד את הבדים הרצויים לתוך plies מרובע או עגול ולהשתמש calipers Vernier למדוד את העובי הדחוס של הבד היבש. בעת הגדרת הניסוי להרכיב מצלמה מהירה שנייה מעל הטנק כדי לספק תצוגה מלמעלה למטה של הכדור המשפיע על הבד. חבר את יציאות המצלמה האופקית למסופי הקלט של המצלמה העליונה באמצעות כבלי BNC.
חבר מתג גורם מפעיל למצלמה האופקית. לאחר מכן השתמש בכבלי Ethernet כדי לחבר את שתי המצלמות לנתב לא מקוון המחובר למחשב המצלמה. להתמקד ולהגדיר את שתי המצלמות כרגיל.
כאשר מוכן מראש את הניסוי בעדינות לנוח את הבד היבש על פני השטח של הנוזל במיכל. תבטח שהבד לא יתחיל לשקוע לפני תחילת המשפט. השתמש בכף מדידה נקייה ללא שמן כדי למקם את הבד מתחת לפלטפורמה הצירית.
השתמש במתג ההדק כדי להתחיל לצלם בו-זמנית את אזור הפתיחה בשתי המצלמות לפני הגדרת ההתנגשות. הסר את הבד מיד לאחר ההתנגשות. אם שברי הבד על הפגיעה ואת השריטות לא ניתן לאסוף באופן ידני ריק ולנקות את המיכל לאחר כל ניסיון כדי לבטח כי כל הבד מוסר.
כדי להתחיל להכין כדורים הידרופוביים כימיים להתאים כדור מנתול פוליאוקסיד למחזיק אקרילי. מיקום כדורים עבור ציפוי משטח הוא ההיבט הקשה ביותר של פרוטוקול זה. מיקום נשלט עם יריעות אקריליק מעיל שכבה כי יש חורים מעט רחב יותר מאשר הכדורים.
לרסס את הכדור עם מעיל בסיס הידרופובי מכ 15 עד 30 ס"מ משם מבלי להשרות את פני השטח של הכדור. לאחר מכן, לרסס את הכדור עם המעיל העליון הידרופובי מכ 15 עד 30 ס"מ משם מבלי להשרות את פני השטח ולתת לו להתייבש במשך 1 עד 2 דקות. יש למרוח עוד שניים או שלושה ציפויים עליונים באותו אופן.
תן את הכדור להתייבש במשך 30 דקות לשימוש קל או כ 12 שעות לשימוש מלא. כאשר בדיקות השפעה מראש לתת את הכדור להתייבש לחלוטין לאחר כל ניסוי ולא לשטוף אותו עם אלכוהול isopropyl. הציפוי ההידרופובי יתדרדר לאחר כ-20 ניסויים.
כדי לעשות שימוש חוזר בכדור זה להסיר את הציפוי עם 99%אלכוהול isopropyl ולהחיל מחדש את הבסיס ואת המעילים העליונים כפי שתואר קודם לכן. כדי להתחיל את הניתוח לייבא וידאו במהירות גבוהה של אירוע התזה לתוכנה לניתוח וידאו. השתמש בכלי שינוי קנה המידה כדי להגדיר את ערך שינוי קנה המידה בסנטימרים בהתבסס על האזור הגלוי בסרגל.
התקדם דרך הווידאו כדי למצוא מסגרת מתאימה המציגה עליית כתר התזה ומלכוד אוויר. למדוד את גובה כתר התזה, רוחב החלל, ואת עומק החלל. השתמשו בכלי מדידת הזווית לקביעת זווית ההפרדה.
התקדם עוד יותר בסרטון כדי למצוא מסגרת מתאימה המציגה את היווצרות וורתינגטון ג'ט ולמדוד את גובה וורתינגטון ג'ט. לבסוף, השתמש בתכונת המעקב האוטומטי כדי לחלץ מיקום זמני ותאריך מהירות עבור המשפיען. אם המעקב נקטע, השתמש במעקב ידני עד שניתן יהיה לחדש את המעקב האוטומטי.
כאן הליך זה שימש כדי להעריך את ההשפעות של בד על התזה מהשפעות אנכיות. גובה ההתזה עם אגודל אחד הוגבר ביחס לגובה ההתזה ללא בד. גובה ההתזה עם שני plies היה שווה בערך לגובה התזה ללא בד.
התזה נחלשה בכבדות עם שלושה וארבעה plies. וריאציה מינימלית נצפתה על פני מספרי וובר עבור עומק חלל, גובה הקרקע התזה, ורוחב חלל מעולמות המשפיעים על רובד אחד של בד. המיקומים האנכיים של הספירות אותרו מתחת למים ואפשרו התבוננות בירידות גדולות יותר במהירות התת-מימית עם כל רובדי בד נוספים.
החוקרים חייבים להקדיש תשומת לב רבה לשמירה על תנאי ניסוי סניטריים במהלך הניסוי כדי להשיג תוצאות עקביות ותקפים. טכניקה זו אינה מוגבלת לחומרים המוצגים כאן ויכולה להיות מתחייבת עם חומרים בעלי פונקציות ויכולות דומות. עם כניסתה של מאגר מוגבה כגון מזרק, הליך זה ניתן לעלות לחקירות של ההשפעות האנכיות של טיפות נוזליות על משטחים מוצקים או נוזליים.
פרוטוקול זה יכול גם להיות מעוצב מראש בקנה מידה גדול יותר למהירות השפעה כללית גדולה יותר ומגוון גדל של פרמטרים חסרי ממדים אשר הכל הולך טוב עבור יישומים ימיים ותעשייתיים.
